Na powierzchni zajmowanej kiedyś przez jeden tranzystor
teraz mieści się ich miliard.
Dzięki temu komputer, który kiedyś zajmował cały pokój,
mieści się teraz w kieszeni.
Można powiedzieć, że przyszłość jest mała.
Jako inżyniera,
fascynuje mnie ta rewolucyjna miniaturyzacja komputerów.
Jako fizyk,
zastanawiam się, czy da się jej użyć, żeby zmniejszyć liczbę ofiar
jednej z najszybciej rozwijających się chorób na świecie:
raka.
Kiedy to mówię,
wielu ludzi myśli, że mówię o znalezieniu lekarstwa na raka.
Szukamy go.
Ale okazuje się,
że dzięki profilaktyce i wczesnemu wykrywaniu
można ocalić wiele istnień ludzkich.
Ponad 2/3 śmierci spowodowanych rakiem można by było uniknąć,
korzystając z metod, które znamy obecnie.
Chodzi o szczepienia, badania na czas
i, oczywiście, rzucenie palenia.
Ale mimo że dysponujemy obecnie najlepszymi narzędziami i technologiami,
niektóre nowotwory da się wykryć
dopiero po 10 latach od ich pojawienia się,
kiedy składają się już z 50 milionów komórek.
A jeśli mielibyśmy lepsze narzędzie
do wczesnego wykrywania tych nowotworów,
gdy można jeszcze je usunąć,
zaraz na początku ich powstawania?
Pozwólcie, że powiem wam, jak miniaturyzacja może nam pomóc.
To jest mikroskop z typowego laboratorium,
którego używa patolog, badając wycinek tkanki
podczas robienia biopsji lub cytologii.
Ten mikroskop za 7 tysięcy dolarów
może służyć komuś doświadczonemu
w znajdywaniu komórek rakowych.
A to zdjęcie mojej koleżanki z uniwersytetu Rice,
Rebbeki Richards-Kortum.
Wraz ze swoim zespołem zmniejszyła cały mikroskop
do części wartej 10 dolarów
i mieszczącej się na końcówce światłowodu.
To oznacza, że teraz zamiast pobierać materiał od pacjenta
i badać go pod mikroskopem,
można przynieść mikroskop do pacjenta.
I zamiast wymagać od specjalisty oceny,
można zaprogramować komputer tak, żeby sam rozpoznawał komórki rakowe.
To jest istotne.
Podczas pracy jej zespołu na obszarach wiejskich okazało się,
że nawet jeśli dysponują autobusem diagnostycznym,
który pozwala dotrzeć do gmin, przeprowadzić badania,
zebrać próbki,
wysłać je do analizy do centralnego szpitala,
to jakiś czas później
kobiety z negatywnymi wynikami
i tak są proszone o przyjazd.
I ponad połowa z nich się nie pojawia, ponieważ nie stać ich na przejazd.
Dzięki zintegrowanemu mikroskopowi i analizie komputerowej
Rebecca i jej koledzy zaprojektowali pojazd,
który daje możliwość diagnostyki i leczenia.
A to znaczy, że diagnozę można zrobić od ręki
i od razu rozpocząć leczenie,
dzięki czemu żaden pacjent nie umknie.
To tylko jeden przykład na to, jak miniaturyzacja może ocalić życie.
Inżynierowie
myślą o prawdziwej miniaturyzacji.
O tworzeniu małej rzeczy z dużej.
Ale przed chwilą mówiłam,
że komputery zmieniły nasze życie,
bo stały się tak małe, że można je zabrać wszędzie.
Co jest odpowiednikiem takiej zmiany w medycynie?
A co, jeśli istniałby czujnik tak mały,
że mógłby krążyć po ciele,
znaleźć zmiany nowotworowe
i wysłać sygnał na zewnątrz?
To brzmi trochę jak science fiction.
Ale w zasadzie nanotechnologia pozwala nam na to już teraz.
Nanotechnologia pozwala zmniejszyć części takiego czujnika
ze 100 mikrometrów,
czyli szerokości ludzkiego włosa,
do 100 nanometrów,
czyli tysiąc razy.
A to niesie ze sobą daleko idące konsekwencje.
Okazuje się, że tworzywa zmieniają swoje właściwości
w nanoskali.
Popularne złoto
po starciu na pył, na złote nanocząstki,
zmienia kolor ze złotego na czerwony.
Bardziej egzotyczny materiał, taki jak selenek kadmu
tworzy duże, czarne kryształy.
Nanocząstki tego materiału
włożone do cieczy
i oświetlone światłem
świecą.
Świecą na niebiesko, zielono, żółto, pomarańczowo lub czerwono,
w zależności od rozmiaru.
To szalone! Wyobraźcie sobie taki przedmiot w świecie makro.
To tak, jakby wszystkie jeansy w szafie, zrobione z tego samego materiału,
miały różne kolory w zależności od rozmiaru.
(Śmiech)
Jako fizyka,
interesuje mnie to,
że nie tylko kolor różnych materiałów
zmienia się w nanoskali;
ich sposób przemieszczania się w ludzkim ciele też się zmienia.
I to jest coś, co wykorzystamy
do stworzenia lepszego detektora raka.
Pokażę, o co mi chodzi.
To jest naczynie krwionośne.
Otacza je nowotwór.
Do tego naczynia wstrzykujemy nanocząstki
i obserwujemy, jak przemieszczają się z krwiobiegu do komórki rakowej.
Okazuje się, że naczynia krwionośne otoczone nowotworem są dziurawe,
więc nanocząsteczki mogą przedostać się z krwiobiegu do komórki rakowej.
To, czy się przedostaną, zależy od ich rozmiaru.
Na tej wizualizacji
mniejsze, 100-nanometrowe niebieskie nanocząstki wyciekają,
a większe, 500-nanometrowe czerwone nanocząstki
zostają w krwiobiegu.
To oznacza, że jako inżynier
mam wpływ na to, czy jakiś materiał przeniknie do ciała ludzkiego,
w zależności od tego, jaki nadam mu rozmiar.
Ostatnio w moim laboratorium stworzyliśmy nanodetektor raka,
który jest tak mały, że może podróżować po ciele w poszukiwaniu komórek rakowych.
Zaprojektowaliśmy go tak, aby wsłuchiwał się w nowotworową inwazję:
orkiestrę sygnałów chemicznych, którą rak uruchamia, aby rosnąć.
Aby nowotwór zniszczył tkankę, w której się tworzy,
musi stworzyć chemikalia zwane enzymami,
żeby przegryźć się przez rusztowanie tkanki.
Zaprojektowaliśmy nanocząstki, które są aktywowane przez te enzymy.
Jeden enzym może aktywować tysiąc reakcji chemicznych w godzinę.
W inżynierii nazywa się to amplifikacją w skali 1 do 1000,
która jest charakterystyczna dla ultraczułych materiałów.
Stworzyliśmy więc ultraczuły detektor raka.
No dobrze, ale jak wydobyć ten sygnał na zewnątrz,
gdzie mogę coś z nim zrobić?
W tym celu użyliśmy jeszcze jednego elementu biologii w nanoskali,
który ma związek z nerkami.
Nerka to filtr.
Jej praca polega na oczyszczaniu krwi z zanieczyszczeń i wydalaniu ich w moczu.
Okazuje się, że to, czy nerki coś przefiltrują,
też zależy od wielkości.
Ta wizualizacja pokazuje,
że wszystko, co jest mniejsze niż 5 nanometrów,
przechodzi z krwi przez nerkę do moczu,
a wszystko, co jest większe, zostaje.
Czyli jeśli 100-nanometrowy detektor raka
wstrzyknę do krwiobiegu,
on przeniknie do komórki nowotworowej, gdzie zostanie aktywowany przez enzymy
i da sygnał,
na tyle mały, żeby nerki go przefiltrowały
i przepuściły do moczu,
w ten sposób sygnał wyjdzie na zewnątrz, gdzie będę mogła go odebrać.
Ale jest jeszcze jeden problem.
Ten sygnał jest naprawdę mały,
jak można go wykryć?
Sygnał to tylko molekuła.
Te molekuły są zaprojektowane przez nas, inżynierów.
Są całkowicie sztuczne i zaprojektowaliśmy je tak,
żeby były kompatybilne z narzędziem, którego chcemy użyć.
Jeżeli chcemy użyć naprawdę czułego narzędzia,
zwanego spektrometrem mas,
tworzymy molekułę o unikalnej masie.
Ale czasem chcemy skorzystać z czegoś tańszego i poręcznego.
Wtedy tworzymy molekuły, które możemy przechwycić na papierze,
jak w teście ciążowym.
Właściwie istnieje cała masa papierowych testów,
które są teraz dostępne jako szybkie testy diagnostyczne.
Dokąd to wszystko zmierza?
Teraz zamierzam opowiedzieć
o moim marzeniu
zdeklarowanego naukowca.
To nie jest żadna obietnica.
To jest marzenie.
Ale myślę, że wszyscy powinniśmy marzyć, żeby iść naprzód,
nawet, a może przede wszystkim, ludzie zajmujący się badaniem nowotworów.
Opowiem wam, co mam nadzieję stanie się z moją technologią,
ja i mój zespół dołożymy wszelkich starań,
żeby to urzeczywistnić.
Do rzeczy.
Marzy mi się, że pewnego dnia
zamiast iść do drogiego centrum diagnostycznego
na kolonoskopię,
mammografię
lub cytologię,
będzie można dostać zastrzyk,
poczekać godzinę,
a potem wykonać badanie moczu papierowym testem paskowym.
Wyobrażam sobie, że to się może dziać
bez użycia elektryczności
czy obecności lekarza.
Lekarz może być bardzo daleko,
obecny tylko na ekranie smartfona.
Wiem, że to brzmi nieprawdopodobnie,
ale w laboratorium to działa u myszy,
działa nawet lepiej niż obecne metody
wykrywania nowotworów płuc, okrężnicy i jajników.
Mam nadzieję,
że kiedyś będziemy umieli wykryć raka
szybciej niż po 10 latach od momentu jego pojawienia się u pacjenta,
bez względu na pozycję społeczną,
w każdym zakątku na świecie,
a to doprowadzi do szybszego podjęcia leczenia
i ocalenia większej liczby ludzi niż teraz
poprzez wczesne wykrywanie.
Dziękuję.
(Brawa)